DE19929028A1 - Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors

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Frieder Haag
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Abstract

Um bei einem Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem DOLLAR A - ein Halbleiter-Druckaufnehmer (2) auf einen Montageabschnitt (12) eines Leitungsgitters (10), insbesondere eines Leadframes, aufgebracht wird, DOLLAR A - der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) mit Kontaktabschnitten (11) des Leitungsgitters (10) elektrisch verbunden wird, DOLLAR A - das Leitungsgitter mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in ein Spritzwerkzeug (40) eingesetzt wird, DOLLAR A - ein Werkzeugteil (41) an der von dem Montageabschnitt (12) abgewandten Seite des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) oder an der von dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) abgewandten Seite (15) des Montageabschnittes (12) zur Anlage gebracht wird, DOLLAR A - und anschließend der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in dem Spritzwerkzeug (40) mit einem Gehäuse (30) aus Spritzmasse umgeben wird, DOLLAR A ein Ausweichen des Montageabschnitts zu verhindern, wird vorgeschlagen, den Montageabschnitt (12) des Leitungsgitters während der Herstellung des Gehäuses (30) im Spritzwerkzeug (40) einzuklemmen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors mit den im Oberbegriff des unabhängigen An­ spruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors ist beispielsweise aus der Druckschrift "Advanced Microsystems for Automotiv Applications' 99, D.E. Ricken, W. Gessner, Sei­ te 126" bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren wird ein Halbleiter-Druckaufnehmer, welcher einen auf einen Sockel aufgebrachten Halbleiterchip mit Druckmembran umfaßt, auf ein Leitungsgitter, ein sogenanntes Leadframe, aufgebracht. Ein ebener Abschnitt des Leitungsgitters, ein sogenannter Diepad, dient dabei als Montageabschnitt des Halbleiter-Druckauf­ nehmers. Anschließend wird der Halbleiterchip über Bonddrähte mit Kontaktabschnitten des Leitungsgitters verbunden. In ei­ nem als "Transfer molding" bekannten Spritzpreßverfahren, das auch als Transferformen bezeichnet wird, wird anschließend der Halbleiter-Druckaufnehmer in ein Gehäuse aus Spritzmasse (Mold compound) eingebettet. Die Druckzuführung des Sensors kann dabei von der Oberseite des Halbleiter-Druckaufnehmers oder durch einen in dem Sockel und dem Montageabschnitt vor­ gesehenen und mit der Unterseite des Halbleiter-Druckauf­ nehmers verbundenen Druckkanal erfolgen. Bei der Durchführung des Verfahrens muß beim Umspritzen des Halbleiter-Druckauf­ nehmers darauf geachtet werden, daß eine Druckzuführung in dem Gehäuse von Spritzmasse freigehalten wird. Dies geschieht durch ein Werkzeugteil, das im Spritzwerkzeug entweder gegen die Oberseite des Halbleiter-Druckaufnehmers oder gegen den Montageabschnitt angedrückt wird, je nachdem ob die Druckzu­ führung von der dem Leitungsgitter abgewandten oder der dem Leitungsgitter zugewandten Seite des Halbleiter-Druckauf­ nehmers erfolgen soll. Nach dem Umspritzen wird das Werkzeug­ teil entfernt, wodurch in der Spritzmasse eine Aussparung verbleibt, welche als Druckzuführung dient.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß sich der Mon­ tageabschnitt des Leitungsgitters beim Andrücken des Werk­ zeugteils verschieben kann und zwischen dem Werkzeugteil und dem Montageabschnitt ein Spalt entsteht. Beim Umspritzen kann durch den Spalt Spritzmasse in die Druckzuführung und auf die Membran des Halbleiterchips gelangen, wodurch die Funktion des Drucksensors beeinträchtigt wird.
Vorteile der Erfindung
Durch das erfindungsgemäße Verfahren mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1, werden die bekannten Nachteile ver­ mieden. Dies geschieht dadurch, daß der Montageabschnitt in­ nerhalb des Spritzwerkzeuges eingeklemmt wird. Der Montage­ abschnitt kann zu diesem Zweck einen sich von der Bestüc­ kungsfläche des Halbleiter-Druckaufnehmers seitlich nach au­ ßen erstreckenden Bereich aufweisen, der in einfacher und zuverlässiger Weise in dem Spritzwerkzeug eingeklemmt werden kann. Die seitliche Vergrößerung des Montageabschnitts macht nur eine geringfügige Abänderung des Herstellungsverfahren erforderlich. Durch das Einklemmen des Montageabschnitts im Spritzwerkzeug wird vorteilhaft erreicht, daß der Montageab­ schnitt nicht mehr ausweichen kann, wenn ein Werkzeugteil gegen den Montageabschnitt oder den auf den Montageabschnitt aufgebrachten Halbleiter-Druckaufnehmer angedrückt wird. So­ mit kann das Eindringen von Spritzmasse zwischen dem Werk­ zeugteil und dem Montageabschnitt oder, wenn auf der Ober­ seite des Halbleiter-Druckaufnehmers gedichtet wurde, daß Eindringen von Spritzmasse zwischen dem Werkzeugteil und dem Halbleiter-Druckaufnehmer, wirksam verhindert werden. Das Verfahren ist vorteilhaft sehr einfach und preiswert durch­ führbar und macht nur geringfügige Abänderungen erforder­ lich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist, wenn ein sich seitlich von dem Bestückungsbereich des Halbleiter-Druckaufnehmers erstrec­ kender Bereich des Montageabschnitts zwischen zwei Werkzeug­ hälften des Spritzwerkzeugs eingeklemmt wird, wobei die Werkzeughälften an der Oberseite und Unterseite des Montage­ abschnitts zur Anlage gelangen.
Wenn unterhalb des Halbleiter-Druckaufnehmers in dem Monta­ geabschnitt ein Druckkanal ausgebildet ist, kann der Druck­ kanal besonders gut abgedeckt werden, wenn die gesamte von dem Halbleiter-Druckaufnehmer abgewandte Unterseite des Mon­ tageabschnitts von dem Werkzeugteil des Spritzwerkzeugs ab­ gedeckt wird. An dem fertig hergestellten Drucksensor ist die von dem Halbleiter-Druckaufnehmer abgewandte Seite des Montageabschnitts dann nicht in Spritzmasse eingebettet und an der Unterseite des Gehäuses frei zugänglich.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Leitungsgitter mit mehreren Abschnitten zur Auf­ bringung von Halbleiter-Drucksensoren,
Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie A-A,
Fig. 3 den Leitungsgitterabschnitt aus Fig. 2 im Spritzwerk­ zeug,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den fertigen Drucksensor längs der Linie B-B aus Fig. 1,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbei­ spiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestell­ ten Drucksensors.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert. Fig. 1 zeigt ein Leitungsgitter 10, ein sogenanntes Leadframe. Das strei­ fenförmige Leitungsgitter 10 kann beispielsweise durch Stan­ zen und Biegen aus einem Blechstreifen oder in anderer Form hergestellt werden und weist in Längsrichtung des Streifens mehrere gleichartig aufgebaute Abschnitte auf, die längs der Linien L-L vereinzelt werden können. Auf diese Weise ist eine Fertigung im Nutzen möglich. Die Herstellung der Drucksenso­ ren erfolgt vorzugsweise in einer automatisierten Linienfer­ tigung. Jeder Bereich des Leitungsgitters zwischen den Trenn­ linien L-L weist jeweils einen ebenen Montageabschnitt 12 zur Aufbringung eines Halbleiter-Druckaufnehmers 2 auf. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch Fig. 1 entlang der Linie A-A. Der Halbleiter-Druckaufnehmer 2 umfaßt einen Halbleiterchip 3, beispielsweise einen Siliciumchip, in dessen Unterseite eine Vertiefung 6 eingebracht ist. Ein Abschnitt des Halbleiter­ chips 3 mit verminderter Materialstärke oberhalb der Vertie­ fung 6 bildet eine verformbare Membran 5. Der Halbleiterchip 3 ist mit der Unterseite auf einen Sockel 4 aufgebracht, bei­ spielsweise einen Glassockel oder Kunststoffsockel. In den Sockel 4 ist eine mit der Vertiefung 6 verbundene Ausnehmung 25 eingebracht. Unterhalb des Sockels 4 ist eine weitere Aus­ nehmung 27 in dem Montageabschnitt 12 vorgesehen, die mit der Ausnehmung 25 fluchtet. Durch die Ausnehmung 27 des Montage­ abschnitts 12, die Ausnehmung 25 des Sockels 4 und die Ver­ tiefung 6 wird ein Druckkanal gebildet, durch den die Membran 5 des Halbleiterchips 3 mit einem Druck beaufschlagbar ist. Die Oberseite des Halbleiterchips 3 ist mit einer Kappe oder einem Deckel 26 abgedeckt, wobei zwischen der Innenseite des Deckels 26 und der Oberseite des Halbleiterchips 3 ein Hohl­ raum gebildet wird, welcher als Referenzraum zur Druckmessung dient. Auf der Oberseite des Halbleiterchips 3 sind in be­ kannter Weise nicht dargestellte Auswertemittel angeordnet, mit denen eine Verformung der Membran 5 nachweisbar ist. Bei den Auswertemitteln kann es sich beispielsweise um piezoresi­ stive Elemente im Bereich der Membran handeln, mit denen me­ chanische Spannungen in der Membran 5 nachweisbar sind. Nach der Aufbringung des Halbleiter-Druckaufnehmers 2 auf den Ab­ schnitt 12 des Leitungsgitters 10 wird der Halbleiterchip 3 über Bonddrähte 16 mit Kontaktabschnitten 11 des Leitungsgit­ ters 10 elektrisch verbunden. Anschließend können die Kon­ taktabschnitte durch Abschneiden oder Freistanzen der seitli­ chen Querstege des Leitungsgitters vereinzelt werden. Der Montageabschnitt 12 kann nun, bedingt durch die elastische Spannkraft der Bonddrähte 16, relativ zu den Kontaktabschnit­ ten 11 bewegt werden.
Wie in Fig. 1 und Fig. 2 weiterhin dargestellt ist, erstreckt sich der Montageabschnitts 12 mit einem Bereich 13 über die Bestückungsfläche des Halbleiter-Druckaufnehmers 2 hinaus und steht seitlich von diesem ab. Der vorspringende Bereich 13 dient zur Festlegung des Montageabschnitts 12 im Spritzwerk­ zeug. Zu diesem Zweck wird ein mit einem Druckaufnehmer 2 versehenes Leitungsgitter 10 in ein Spritzwerkzeug 40 einge­ setzt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Das Spritzwerkzeug 40 kann beispielsweise zweiteilig mit einem Oberteil 41 und ei­ nem Unterteil 42 ausgebildet sein. Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, wird der vorspringende Bereich 13 des Montageabschnitts zwischem dem Oberteil 41 und dem Unterteil 42 des Spritzwerk­ zeugs eingeklemmt, so daß die Position des Montageabschnitts 12 im Werkzeug festgelegt ist. An der Unterseite 15 des Mon­ tageabschnitts 12 gelangt ein Abschnitt des Werkzeugunter­ teils 42 zur Anlage, welcher die gesamte Unterseite 15 des Montageabschnitts 12 und damit auch den Druckkanal 27 ab­ deckt. Da der Montageabschnitt 12 im Spritzwerkzeug einge­ klemmt gelagert ist, kann zwischen dem Montageabschnitt 12 und dem Werkzeugunterteil 42 kein Spalt entstehen, in den Spritzmasse eindringt. Anschließend wird der Halbleiter- Druckaufnehmer 2 in ein Gehäuse 30 aus Spritzmasse eingebet­ tet. Dies kann beispielsweise in einem als Transferformen oder "Transfer-Molding" bekannten Spritzpreßverfahren mit Moldmasse (mold compound), beispielsweise einem Duroplast oder Harz geschehen. Bei diesem Verfahren wird die Spritz­ masse in einer Kammer des Spritzwerkzeugs verflüssigt und an­ schließend unter Druck in eine geschlossene Form gespritzt bzw. gepreßt, in der sich die Spritzmasse verfestigt. An­ schließend werden die Werkzeugteile von dem Drucksensor ent­ fernt.
In Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den fertigen Drucksensor 1 längs der Linie B-B in Fig. 1, also senkrecht zu dem Schnitt aus Fig. 3 dargestellt. Die Kontaktabschnitte 11 kön­ nen noch in die Form von Anschlußbeinchen gebogen werden.
In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge­ stellten Drucksensors dargestellt. Bei diesem Drucksensor 1 wird die Membran 5 des Halbleiterchips 2 durch eine in dem Gehäuse 30 ausgebildete Aussparung 28 mit einem Druck beauf­ schlagt. Der Referenzraum wird in diesem Beispiel durch die Vertiefung 6 gebildet, welche von dem Sockel 4 hermetisch dicht verschlossen wird. Bei der Herstellung des Drucksensors wird ein Vorsprung des Spritzwerkzeugoberteils gegen die Mem­ bran 5 des Halbleiterchips 3 angedrückt und deckt diese da­ durch ab. Der mit einem in Fig. 5 nicht erkennbaren Bereich 13 im Spritzwerkzeug eingeklemmte Montageabschnitt 12 kann dabei vorteilhaft nicht nach unten ausweichen. Nach dem Um­ spritzen wird das Werkzeug entfernt. Die Form der Aussparung 28 wird dabei durch den Vorsprung des Spritzwerkzeugs be­ stimmt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 ist hier kein Deckel erforderlich. Nachteilig gegenüber dem Beispiel aus Fig. 4 ist jedoch, daß die Membran 5 durch das Andrücken des Spritzwerkzeugs beschädigt werden kann. Anders als in Fig. 4 ist in Fig. 5 die Unterseite des Montageab­ schnitts 12 bis auf den nicht dargestellten Bereich 13 eben­ falls in Spritzmasse eingebettet. Der Montageabschnitt 12 weist in diesem Beispiel die gleiche Dicke auf wie die Kon­ taktabschnitte 11, während er in Fig. 4 in der Dicke ver­ stärkt ist. Höhenunterschiede können durch die Dicke des Soc­ kels 4 ausgeglichen werden. Auch anderer Ausführungen des Verfahrens sind denkbar, bei denen beispielsweise zwei schma­ le Stege des Spritzwerkzeugs an einander gegenüberliegenden Seiten 14, 15 des Montageabschnitts 12 zur Anlage gelangen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß der Bereich zwischem dem Spritzwerkzeug und dem Montageabschnitt 12 des Leitungsgitters (Fig. 4), beziehungsweise der Bereich zwischen dem Spritzwerkzeug und der Oberseite des Halbleiter- Druckaufnehmers 2 (Fig. 5) zuverlässig gegen das Eindringen von Spritzmasse abgedichtet ist.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem
  • - ein Halbleiter-Druckaufnehmer (2) auf einen Montageab­ schnitt (12) eines Leitungsgitters (10), insbesondere eines Leadframes aufgebracht wird,
  • - der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) mit Kontaktabschnitten (11) des Leitungsgitters (10) elektrisch verbunden wird,
  • - das Leitungsgitter mit dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in ein Spritzwerkzeug (40) eingesetzt wird,
  • - ein Werkzeugteil (41) an der von dem Montageabschnitt (12) abgewandten Seite des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) oder an der von dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) abgewand­ ten Seite (15) des Montageabschnittes (12) zur Anlage ge­ bracht wird,
  • - und anschließend der Halbleiter-Druckaufnehmer (2) in dem Spritzwerkzeug (40) mit einem Gehäuse (30) aus Spritzmasse umgeben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Montageabschnitt (12) des Leitungsgitters im Spritzwerkzeug (40) während der Herstel­ lung des Gehäuses (30) eingeklemmt gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich seitlich von dem Bestückungsbereich des Halbleiter- Druckaufnehmers (2) erstreckender Bereich (13) des Montage­ abschnitts (12) zwischen zwei Werkzeughälften (41, 42) des Spritzwerkzeugs (40) eingeklemmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughälften (41, 42) an der Oberseite (14) und Unter­ seite (15) des Montageabschnitts (12) zur Anlage gelangen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein in dem Montageabschnitt (12) unter­ halb des Halbleiter-Druckaufnehmers (2) ausgebildeter Druck­ kanal (27) von dem Werkzeugteil (42) abgedeckt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte von dem Halbleiter-Druckaufnehmer (2) abgewandte Unterseite (15) des Montageabschnitts (12) von dem Werkzeug­ teil (42) des Spritzwerkzeugs abgedeckt wird.
6. Drucksensor, hergestellt nach dem Verfahren aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erstreckungsbereich (13) des Montageabschnitts (12) des Leitungsgitters (10) nicht in Spritzmasse eingebettet ist und sich seitlich aus dem Gehäu­ se (30) des Drucksensors (1) heraus erstreckt.
DE19929028A 1999-06-25 1999-06-25 Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors Ceased DE19929028A1 (de)

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